JP2000176777A - Spindle head control method - Google Patents
Spindle head control methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気軸受により主
軸を支持する主軸ヘッドと、主軸に装着された工具を新
たな工具と交換する工具交換手段とを備えた工作機械
の、前記主軸ヘッドを制御する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine tool provided with a spindle head for supporting a spindle by a magnetic bearing and a tool changing means for exchanging a tool mounted on the spindle with a new tool. How to control.
【0002】[0002]
【従来の技術】主軸が磁気軸受により支持された、上記
工作機械の一例としての立形マシニングセンタを図4に
示す。尚、図4は、従来の立形マシニングセンタの要部
を、主軸ヘッド部を中心に一部ブロック図で示す正面図
である。2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a vertical machining center as an example of the machine tool in which a main shaft is supported by magnetic bearings. FIG. 4 is a front view partially showing a main part of a conventional vertical machining center in a block diagram with a spindle head portion as a center.
【0003】同図4に示すように、この(立形)マシニ
ングセンタ1は、主軸3を回転自在に支持する主軸ヘッ
ド2と、この主軸ヘッド2の作動を制御する軸受制御手
段41と、前記主軸3に装着された工具Tを新たな工具
Tと交換する工具交換手段(図示せず)とを備えてい
る。As shown in FIG. 4, the (vertical) machining center 1 comprises a spindle head 2 for rotatably supporting a spindle 3, a bearing control means 41 for controlling the operation of the spindle head 2, and the spindle. 3 is provided with a tool exchange means (not shown) for exchanging the tool T mounted on 3 with a new tool T.
【0004】前記主軸ヘッド2は、軸方向が垂直方向に
向けられた主軸3と、この主軸3の後部側(上部側)を
ラジアル方向に支持する後部ラジアル磁気軸受10と、
主軸3の前部側を(下部側)を同じくラジアル方向に支
持する前部ラジアル磁気軸受20と、この後部ラジアル
磁気軸受10,前部ラジアル磁気軸受20間において、
前記主軸3をアキシアル方向に支持するスラスト磁気軸
受30と、前記後部ラジアル磁気軸受10の後部側に設
けた後部アンギュラ玉軸受8と、前記前部ラジアル磁気
軸受20の前部側に設けた前部アンギュラ玉軸受5と、
主軸3の後端部に螺着されたナット9とを備えている。[0004] The spindle head 2 includes a spindle 3 whose axis is oriented vertically, a rear radial magnetic bearing 10 that radially supports a rear side (upper side) of the spindle 3,
A front radial magnetic bearing 20 that also supports the front side (lower side) of the main shaft 3 in the radial direction, and between the rear radial magnetic bearing 10 and the front radial magnetic bearing 20,
A thrust magnetic bearing 30 that supports the main shaft 3 in the axial direction, a rear angular ball bearing 8 provided on the rear side of the rear radial magnetic bearing 10, and a front part provided on the front side of the front radial magnetic bearing 20. Angular contact ball bearings 5,
A nut 9 screwed to the rear end of the main shaft 3.
【0005】図4において特に図示はしていないが、主
軸3の前端部には工具Tのテーパ部を受容するテーパ状
の受容部が形成されており、この受容部に工具Tのテー
パ部を嵌挿することにより、当該工具Tが主軸3に装着
されるようになっている。Although not particularly shown in FIG. 4, a tapered receiving portion for receiving the tapered portion of the tool T is formed at the front end of the main shaft 3, and the tapered portion of the tool T is formed in this receiving portion. The tool T is mounted on the main shaft 3 by being inserted.
【0006】また、前記後部ラジアル磁気軸受10,後
部アンギュラ玉軸受8間には、主軸3のラジアル方向の
位置を検出する4個のセンサ16が半径方向同一平面内
に設けられ、前記前部ラジアル磁気軸受20,前部アン
ギュラ玉軸受5間には、同じく半径方向同一平面内に設
けられ、主軸3のラジアル方向の位置を検出する4個の
センサ25と、主軸3のアキシアル方向の位置を検出す
る2個のセンサ39が設けられている。Further, between the rear radial magnetic bearing 10 and the rear angular ball bearing 8, four sensors 16 for detecting the position of the main shaft 3 in the radial direction are provided in the same plane in the radial direction. Between the magnetic bearing 20 and the front angular contact ball bearing 5, four sensors 25, which are also provided on the same plane in the radial direction and detect the position of the spindle 3 in the radial direction, and detect the position of the spindle 3 in the axial direction Two sensors 39 are provided.
【0007】また、図中、4は駆動ロータであって、主
軸3を軸中心に回転させるビルトイン方式の駆動モータ
の一部を構成するものである。尚、この駆動モータのス
テータ及び上記主軸ヘッド2の各構成部分は図示しない
ハウジングに支持されている。In FIG. 1, reference numeral 4 denotes a drive rotor, which constitutes a part of a built-in drive motor for rotating the main shaft 3 about the axis. The stator of the drive motor and the components of the spindle head 2 are supported by a housing (not shown).
【0008】前記後部ラジアル磁気軸受10は、リング
状の金属板を積層して形成したロータ14と、このロー
タ14を保持する保持部材15と、同じく金属板を積層
して形成した積層体12及びこの積層体12に捲回した
コイル13からなる4個のステータ11とから構成され
るものであり、前記保持部材15はその内径部が前記主
軸3に外嵌,固定され、前記ステータ11は前記ハウジ
ング(図示せず)に保持されている。また、前記4個の
ステータ11は前記ロータ14の外周面に沿って均等に
配設されており、前記4個のセンサ16も同様に、前記
主軸3の外周面に沿い、前記ステータ11との対応関係
をもって均等に配設されている。前記ステータ11とロ
ータ14との間には、例えば0.5mm程度の空隙(エ
アギャップ)が設けられている。The rear radial magnetic bearing 10 includes a rotor 14 formed by laminating a ring-shaped metal plate, a holding member 15 for holding the rotor 14, a laminate 12 formed by laminating the metal plates, and The holding member 15 has an inner diameter portion fitted and fixed to the main shaft 3, and the holding member 15 is fixed to the stator 11. It is held in a housing (not shown). Further, the four stators 11 are evenly arranged along the outer peripheral surface of the rotor 14, and the four sensors 16 are also disposed along the outer peripheral surface of the main shaft 3, and They are evenly arranged with a corresponding relationship. A gap (air gap) of, for example, about 0.5 mm is provided between the stator 11 and the rotor 14.
【0009】前記前部ラジアル磁気軸受20は、リング
状の金属板を積層して形成したロータ24と、同じく金
属板を積層して形成した積層体22及びこの積層体22
に捲回したコイル23からなる4個のステータ21とか
ら構成されるものであり、前記ロータ24はその内径部
が前記主軸3に外嵌,固定され、前記ステータ21は前
記ハウジング(図示せず)に保持されている。また、前
記4個のステータ21は前記ロータ24の外周面に沿っ
て均等に配設されており、前記4個のセンサ25も同様
に、前記主軸3の外周面に沿い、前記ステータ21との
対応関係をもって均等に配設されている。前記後部ラジ
アル磁気軸受10におけると同様に、前記ステータ21
とロータ24との間にも、例えば0.5mm程度の空隙
(エアギャップ)が設けられている。また、前記主軸3
には2つのフランジ部6,7が形成されており、フラン
ジ部7の外周面が前記センサ25によって検出され、そ
の下端面が前記センサ39によって検出されるようにな
っている。また、前記ロータ24は、その前部側が前記
フランジ部6により係止されている。The front radial magnetic bearing 20 includes a rotor 24 formed by laminating ring-shaped metal plates, a laminate 22 similarly formed by laminating metal plates, and a laminate 22 formed by laminating metal plates.
The rotor 24 has an inner diameter portion fitted and fixed to the main shaft 3 and the stator 21 is fixed to the housing (not shown). ) Is held. Further, the four stators 21 are evenly arranged along the outer peripheral surface of the rotor 24, and the four sensors 25 are also disposed along the outer peripheral surface of the main shaft 3, with the stator 21. They are evenly arranged with a corresponding relationship. As in the rear radial magnetic bearing 10, the stator 21
A gap (air gap) of, for example, about 0.5 mm is also provided between the rotor and the rotor 24. In addition, the spindle 3
Are formed with two flange portions 6 and 7. The outer peripheral surface of the flange portion 7 is detected by the sensor 25, and the lower end surface thereof is detected by the sensor 39. The front side of the rotor 24 is locked by the flange 6.
【0010】前記スラスト磁気軸受30は、内径部が前
記主軸3に外嵌,固定されたロータ31と、リング状に
形成されたコイル33及びこのコイル33を保持する保
持リング34からなる後部ステータ32と、同じくリン
グ状に形成されたコイル36及びこのコイル36を保持
する保持リング37からなる前部ステータ35と、これ
ら後部ステータ32,前部ステータ35間に設けたスペ
ーサ38とからなる。前記ロータ31の外周部にはフラ
ンジ部31aが形成されており、このフランジ部31a
が前記後部ステータ32,前部ステータ35間に位置し
ている。また、前記フランジ部31aと前記後部ステー
タ32との間、及び前記フランジ部31aと前部ステー
タ35との間にも、例えば0.5mm程度の空隙(エア
ギャップ)が設けられている。The thrust magnetic bearing 30 includes a rear stator 32 having a rotor 31 having an inner diameter portion fitted and fixed to the main shaft 3, a coil 33 formed in a ring shape, and a holding ring 34 holding the coil 33. And a front stator 35 comprising a coil 36 also formed in a ring shape and a holding ring 37 for holding the coil 36, and a spacer 38 provided between the rear stator 32 and the front stator 35. A flange portion 31a is formed on an outer peripheral portion of the rotor 31. The flange portion 31a
Are located between the rear stator 32 and the front stator 35. Also, a gap (air gap) of, for example, about 0.5 mm is provided between the flange portion 31a and the rear stator 32 and between the flange portion 31a and the front stator 35.
【0011】尚、前記アンギュラ玉軸受5,8は、その
内輪部と主軸3との間に例えば0.2mm程度の空隙
(エアギャップ)をもつように設けられ、また、アンギ
ュラ玉軸受8とナット9との間にも同程度の空隙が設け
られており、通常の状態においては軸受として機能する
ものではなく、例えば停電,故障など不測の異常が生じ
た際に、前記主軸3をラジアル方向及びアキシアル方向
に支持して、前記ステータ11,21、後部ステータ3
2、前部ステータ35及びロータ14,24,31の各
部が損傷するのを防止する保護軸受としての役割を果た
すものである。このため、前記アンギュラ玉軸受5,8
におけるエアギャップは、前記後部ラジアル磁気軸受1
0,前部ラジアル磁気軸受20及びスラスト磁気軸受3
0におけるエアギャップよりも狭くなっている。The angular ball bearings 5 and 8 are provided so as to have an air gap (air gap) of, for example, about 0.2 mm between the inner ring portion and the main shaft 3. The angular ball bearing 8 and the nut 9 is provided with a similar gap, and does not function as a bearing in a normal state. For example, when an unexpected abnormality such as a power failure or failure occurs, the main shaft 3 is moved in the radial direction. The stator 11, 21 and the rear stator 3 are supported in the axial direction.
2. It serves as a protective bearing for preventing the front stator 35 and the rotors 14, 24, 31 from being damaged. For this reason, the angular ball bearings 5, 8
The air gap in the rear radial magnetic bearing 1
0, front radial magnetic bearing 20 and thrust magnetic bearing 3
It is smaller than the air gap at zero.
【0012】前記軸受制御手段41は、前記後部ラジア
ル磁気軸受10,前部ラジアル磁気軸受20及びスラス
ト磁気軸受30のコイル13,23,33,36にそれ
ぞれ所定の電力を供給するものであり、前記センサ1
6,25,39により検出された主軸3の変位に応じて
前記コイル13,23,33,36に供給する電流を調
節する。The bearing control means 41 supplies predetermined electric power to the coils 13, 23, 33, and 36 of the rear radial magnetic bearing 10, the front radial magnetic bearing 20, and the thrust magnetic bearing 30, respectively. Sensor 1
The current supplied to the coils 13, 23, 33, 36 is adjusted in accordance with the displacement of the main shaft 3 detected by 6, 25, 39.
【0013】この軸受制御手段41から所定の電力が前
記コイル13,23,33,36に供給されると、前記
後部ラジアル磁気軸受10のステータ11,前記前部ラ
ジアル磁気軸受20のステータ21,並びに前記スラス
ト磁気軸受30の後部ステータ32及び前部ステータ3
5がそれぞれ電磁石となり、これによって前記ロータ1
4,24,31がそれぞれ吸引される。When predetermined power is supplied from the bearing control means 41 to the coils 13, 23, 33, and 36, the stator 11 of the rear radial magnetic bearing 10, the stator 21 of the front radial magnetic bearing 20, and The rear stator 32 and the front stator 3 of the thrust magnetic bearing 30
5 each become an electromagnet, and thereby the rotor 1
4, 24 and 31 are respectively sucked.
【0014】前記後部ラジアル磁気軸受10において
は、4個のステータ11による4方向の吸引力がロータ
14に作用し、前部ラジアル磁気軸受20においても同
様に、4個のステータ21による4方向の吸引力がロー
タ24に作用し、これら後部ラジアル磁気軸受10及び
前部ラジアル磁気軸受20によって前記主軸3がラジア
ル方向に支持される。In the rear radial magnetic bearing 10, the four stators 11 apply suction force in four directions to the rotor 14, and in the front radial magnetic bearing 20, similarly, the four stators 21 generate four directions of attractive force. Attraction force acts on the rotor 24, and the main shaft 3 is radially supported by the rear radial magnetic bearing 10 and the front radial magnetic bearing 20.
【0015】上述したように、センサ16及びセンサ2
5により主軸3のラジアル方向の位置が検出されてお
り、前記主軸3が前記ステータ11間の中立位置からず
れた場合、及び前記ステータ21間の中立位置からずれ
た場合には、この位置ずれがセンサ16及びセンサ25
によってそれぞれ検出され、この検知信号に基づいて、
前記各ステータ11及びステータ21に供給される電力
が前記軸受制御手段41により調節される。即ち、各ス
テータ11とロータ14との間隔、及び各ステータ21
とロータ24との間隔において、当該間隔が基準間隔よ
りも広くなっているステータ11及びステータ21に対
しては供給電力が増加され、その吸引力が増加せしめら
れる一方、当該間隔が基準間隔よりも狭くなっているス
テータ11及びステータ21に対しては供給電力が減少
され、その吸引力が減少せしめられる。これにより、前
記主軸3は常に前記ステータ11間及び前記ステータ2
1間の中立位置に位置するように制御される。As described above, the sensors 16 and 2
5, the radial position of the main shaft 3 is detected. When the main shaft 3 deviates from the neutral position between the stators 11 and when the main shaft 3 deviates from the neutral position between the stators 21, this positional deviation Sensor 16 and sensor 25
Respectively, and based on this detection signal,
The power supplied to each of the stators 11 and the stator 21 is adjusted by the bearing control means 41. That is, the distance between each stator 11 and the rotor 14 and each stator 21
In the space between the rotor and the rotor 24, the power supplied to the stator 11 and the stator 21 whose space is wider than the reference space is increased and the suction force is increased, while the space is larger than the reference space. The power supplied to the narrowed stator 11 and stator 21 is reduced, and the suction force is reduced. Thus, the main shaft 3 is always located between the stators 11 and the stator 2.
It is controlled so as to be located at a neutral position between one.
【0016】また、前記スラスト磁気軸受30において
は、後部ステータ32及び前部ステータ35によりロー
タ31のフランジ部31aが前後(上下)両方向の吸引
力を受けており、これによって主軸3が後部ステータ3
2と前部ステータ35との中間位置に位置するようにア
キシアル方向に支持されるようになっている。Further, in the thrust magnetic bearing 30, the rear stator 32 and the front stator 35 cause the flange portion 31a of the rotor 31 to receive suction force in both front and rear (up and down) directions.
It is supported in the axial direction so as to be located at an intermediate position between the front stator 2 and the front stator 35.
【0017】上述したように、センサ39により主軸3
のアキシアル方向の位置が検出されており、主軸3が後
部ステータ32と前部ステータ35との中間位置からず
れた場合には、当該位置ずれがセンサ39によって検出
され、この検知信号に基づいて、前記後部ステータ32
及び前部ステータ35に供給される電力が前記軸受制御
手段41により調節される。即ち、後部ステータ32と
ロータ31のフランジ部31aとの間隔、及び前部ステ
ータ35と前記フランジ部31aとの間隔において、当
該間隔が基準間隔よりも広くなっている後部ステータ3
2若しくは前部ステータ35に対しては供給電力が増加
されて、その吸引力が増加せしめられる一方、当該間隔
が基準間隔よりも狭くなっている後部ステータ32若し
くは前部ステータ35に対しては供給電力が減少され
て、その吸引力が減少せしめられる。斯くしてロータ3
1は常に後部ステータ32と前部ステータ35との中間
位置に位置するように制御され、これによって主軸3は
適正にアキシアル方向に支持される。As described above, the main shaft 3 is detected by the sensor 39.
Is detected in the axial direction, and when the main shaft 3 is displaced from the intermediate position between the rear stator 32 and the front stator 35, the displacement is detected by the sensor 39, and based on this detection signal, The rear stator 32
The electric power supplied to the front stator 35 is adjusted by the bearing control means 41. That is, in the interval between the rear stator 32 and the flange portion 31a of the rotor 31, and in the interval between the front stator 35 and the flange portion 31a, the rear stator 3 is wider than the reference interval.
The power supplied to the second or front stator 35 is increased to increase the attraction force, while the power is supplied to the rear stator 32 or the front stator 35 whose interval is narrower than the reference interval. The power is reduced and the suction force is reduced. Thus, the rotor 3
1 is always controlled to be located at an intermediate position between the rear stator 32 and the front stator 35, whereby the main shaft 3 is properly supported in the axial direction.
【0018】而して、このマシニングセンタ1によれ
ば、主軸3と直接接触することなく、電磁石の吸引力に
よって当該主軸3がラジアル方向及びアキシアル方向に
支持されるので、極めて高い回転数で回転する主軸3を
適正に支持することができる。According to the machining center 1, the main shaft 3 is supported in the radial and axial directions by the attractive force of the electromagnet without directly contacting the main shaft 3, so that it rotates at an extremely high rotational speed. The main shaft 3 can be properly supported.
【0019】そして、主軸3に装着された工具Tを新た
な工具Tと交換する際には、主軸3の回転を停止した
後、この主軸3に装着された使用済みの工具Tを前記工
具交換手段により引き抜き、ついで新たな工具Tを当該
工具交換手段(図示せず)により主軸3に装着する。そ
の際、主軸3はスラスト磁気軸受30によりその中立位
置に位置するようにアキシアル方向に支持されている。When the tool T mounted on the spindle 3 is replaced with a new tool T, the rotation of the spindle 3 is stopped, and the used tool T mounted on the spindle 3 is replaced by the tool replacement. Then, a new tool T is mounted on the spindle 3 by the tool changing means (not shown). At this time, the main shaft 3 is supported in the axial direction by the thrust magnetic bearing 30 so as to be located at the neutral position.
【0020】[0020]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来のマシニングセンタ1においては、工具交換にあたっ
て、主軸3に装着された使用済みの工具Tを前記工具交
換手段(図示せず)により引き抜く際に、工具Tのテー
パ部と主軸の受容部との密着により、工具Tと共に主軸
3が引抜き方向、即ち、軸方向前部側に移動し、これに
より主軸後端部に螺着されたナット9がアンギュラ玉軸
受(保護軸受)8に衝突して、アンギュラ玉軸受8が損
傷するという問題を生じていた。However, in the conventional machining center 1 described above, when the used tool T mounted on the spindle 3 is pulled out by the tool changing means (not shown), the tool is replaced. Due to the close contact between the tapered portion of the tool T and the receiving portion of the main shaft, the main shaft 3 is moved together with the tool T in the pulling-out direction, that is, in the axial front portion, whereby the nut 9 screwed to the rear end of the main shaft is angularly moved. A collision with the ball bearing (protective bearing) 8 causes a problem that the angular ball bearing 8 is damaged.
【0021】通常、工具Tは、そのプルスタッドがコレ
ットチャックなどにより把持され、コレットチャックに
連結したドローバなどにより引き込まれることで、主軸
3の受容部にしっかりと固定されるようになっている。
従って、工具Tのテーパ部は極めて強い密着力で主軸3
の受容部に密着しており、この密着力により、スラスト
磁気軸受30の吸引力に抗して、当該主軸3が前部側に
移動し、上記のような問題を生じるのである。Normally, the tool T is firmly fixed to the receiving portion of the main shaft 3 by pulling the pull stud of the tool T by a collet chuck or the like and pulling the tool T by a draw bar or the like connected to the collet chuck.
Therefore, the tapered portion of the tool T has an extremely strong
The main shaft 3 moves to the front side against the attraction force of the thrust magnetic bearing 30 due to the close contact force, and the above-described problem occurs.
【0022】本発明は以上のような問題を解決すべくな
されたものであって、工具交換の際に保護軸受が損傷す
るのを防止することができる主軸ヘッド制御方法の提供
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a spindle head control method capable of preventing a protective bearing from being damaged when a tool is changed.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段及びその効果】上記課題を
解決するための本発明の請求項1に係る発明は、主軸、
該主軸を回転自在に支持するスラスト磁気軸受及びラジ
アル磁気軸受、非常時に前記主軸を回転自在に支持する
保護軸受、前記主軸に固設され、前記主軸が軸方向前部
側に移動した際に前記保護軸受と係合して前記主軸の移
動を規制する係合部材、並びに前記スラスト磁気軸受,
ラジアル磁気軸受及び保護軸受を固定,支持するハウジ
ングを備えた主軸ヘッドと、前記スラスト磁気軸受及び
ラジアル磁気軸受の作動を制御する軸受制御手段と、前
記主軸に装着された工具を新たな工具と交換する工具交
換手段とを備えた工作機械の前記主軸ヘッドの作動を制
御する方法であって、少なくとも前記工具交換手段によ
る工具交換時に、前記主軸を軸方向前部側に移動させ、
前記係合部材と保護軸受とを係合せしめて、前記主軸の
軸方向前部側への移動を規制するように、前記主軸ヘッ
ドの作動を制御することを特徴とするものである。Means for Solving the Problems and Effects There is provided an invention according to claim 1 of the present invention for solving the above-mentioned problems.
A thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing for rotatably supporting the main shaft, a protective bearing for rotatably supporting the main shaft in an emergency, and the protection bearing is fixed to the main shaft, and the main shaft moves to the front side in the axial direction. An engagement member that engages with a protective bearing to restrict movement of the main shaft, and the thrust magnetic bearing,
A spindle head having a housing for fixing and supporting the radial magnetic bearing and the protective bearing; bearing control means for controlling the operation of the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing; and replacing a tool mounted on the spindle with a new tool A method of controlling the operation of the spindle head of a machine tool having a tool exchange means to perform, at least at the time of tool exchange by the tool exchange means, to move the spindle to the front side in the axial direction,
The operation of the spindle head is controlled such that the engagement member and the protective bearing are engaged with each other to restrict the movement of the spindle to the front side in the axial direction.
【0024】この発明によれば、少なくとも工具交換手
段による工具交換時に、主軸が軸方向前部側に移動せし
められ、係合部材と保護軸受とが係合して主軸の軸方向
前部側への移動が規制されるので、主軸に装着された使
用済みの工具を工具交換手段により引き抜く際に、工具
テーパ部と主軸受容部との密着によって主軸に引抜き方
向の荷重が作用しても、係合部材と保護軸受とが既に係
合していることから、主軸が軸方向前部側へ移動するこ
とはなく、これにより両者の衝突によって保護軸受が損
傷するといった従来のような問題が生じるのを防止する
ことができる。According to the present invention, at least at the time of tool change by the tool changing means, the main shaft is moved to the front side in the axial direction, and the engaging member and the protection bearing engage to move toward the front side in the axial direction of the main shaft. When the used tool mounted on the spindle is pulled out by the tool changer, even if a load in the pulling direction acts on the spindle due to the close contact between the tool taper section and the spindle receiving section. Since the mating member and the protective bearing are already engaged, the main shaft does not move to the front side in the axial direction, thereby causing a conventional problem that the protective bearing is damaged by collision between the two. Can be prevented.
【0025】即ち、工具を主軸から引き抜くことにより
保護軸受に作用する荷重は、係合部材と保護軸受とが係
合している場合には静荷重であり、主軸の移動に伴って
作用する動荷重に比べてその値が小さいことから、保護
軸受の損傷を防止することができるのである。That is, when the tool is pulled out from the main shaft, the load acting on the protective bearing is a static load when the engaging member and the protective bearing are engaged, and the dynamic force acting as the main shaft moves. Since the value is smaller than the load, damage to the protective bearing can be prevented.
【0026】上述した工具交換時における主軸の移動
は、請求項2に係る発明により、これを簡単且つ効率良
く、しかも確実に行うことができる。即ち、請求項2に
係る発明は、上記請求項1の発明において、少なくとも
前記工具交換手段による工具交換時に、前記スラスト磁
気軸受の吸引力により前記主軸を軸方向前部側に移動さ
せることを特徴としている。According to the second aspect of the present invention, the movement of the spindle during the above-mentioned tool change can be performed simply, efficiently and reliably. That is, the invention according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, at least at the time of tool exchange by the tool exchange means, the main shaft is moved to the front side in the axial direction by the attraction force of the thrust magnetic bearing. And
【0027】また、本発明の請求項3に係る発明は、主
軸、該主軸を回転自在に支持するスラスト磁気軸受及び
ラジアル磁気軸受、非常時に前記主軸を回転自在に支持
する保護軸受、並びに前記スラスト磁気軸受,ラジアル
磁気軸受及び保護軸受を固定,支持するハウジングを備
えた主軸ヘッドと、前記スラスト磁気軸受及びラジアル
磁気軸受の作動を制御する軸受制御手段と、前記主軸に
装着された工具を新たな工具と交換する工具交換手段と
を備え、前記主軸が軸方向前部側に移動した際に前記保
護軸受と係合して前記主軸の移動を規制する係合部が前
記主軸に形成された工作機械の前記主軸ヘッドを制御す
る方法であって、少なくとも前記工具交換手段による工
具交換時に、前記主軸を軸方向前部側に移動させ、前記
主軸の係合部と保護軸受とを係合せしめて、前記主軸の
軸方向前部側への移動を規制するように、前記主軸ヘッ
ドの作動を制御することを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided a main shaft, a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing for rotatably supporting the main shaft, a protective bearing for rotatably supporting the main shaft in an emergency, and the thrust. A spindle head having a housing for fixing and supporting a magnetic bearing, a radial magnetic bearing and a protective bearing, a bearing control means for controlling the operation of the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing, and a tool mounted on the spindle. A tool exchange means for exchanging a tool with a tool, wherein an engagement portion that engages with the protective bearing and regulates movement of the spindle when the spindle is moved forward in the axial direction is formed on the spindle. A method for controlling the spindle head of a machine, wherein the spindle is moved to the front side in the axial direction at least at the time of tool change by the tool changing means, and is kept in contact with an engagement portion of the spindle. A bearing brought engagement, so as to regulate the movement in the axial direction front side of the main shaft, it is characterized in that for controlling the operation of the spindle head.
【0028】この発明によれば、少なくとも前記工具交
換手段による工具交換時に、主軸が軸方向前部側に移動
せしめられて、主軸の係合部と保護軸受とが係合し、こ
れにより主軸の軸方向前部側への移動が規制される。According to the present invention, at least at the time of tool change by the tool changing means, the main shaft is moved to the front side in the axial direction, and the engaging portion of the main shaft and the protective bearing are engaged with each other. The movement to the axial front side is restricted.
【0029】従って、この発明によっても上記請求項1
の発明におけると同様に、主軸に装着された使用済みの
工具を工具交換手段により引き抜く際に、工具テーパ部
と主軸受容部との密着によって主軸に引抜き方向の荷重
が作用しても、主軸係合部と保護軸受とが既に係合して
いることから、主軸が軸方向前部側へ移動することはな
く、両者が衝突することによって保護軸受が損傷すると
いった問題が生じるのを防止することができる。Therefore, according to the present invention, the above-mentioned claim 1 is also provided.
As in the invention according to the invention, when the used tool mounted on the spindle is pulled out by the tool changing means, even if a load in the pulling direction acts on the spindle due to the close contact between the tool taper portion and the spindle receiving portion, the spindle shaft Since the joint portion and the protective bearing are already engaged, the main shaft does not move to the front in the axial direction, and it is possible to prevent a problem that the protective bearing is damaged due to collision between the two. Can be.
【0030】そして、上述した工具交換時における主軸
の移動は、請求項4に係る発明により、これを簡単且つ
効率良く、しかも確実に行うことができる。即ち、請求
項4に係る発明は、上記請求項3の発明において、少な
くとも前記工具交換手段による工具交換時に、前記スラ
スト磁気軸受の吸引力により前記主軸を軸方向前部側に
移動させることを特徴としている。According to the fourth aspect of the present invention, the movement of the spindle during the above-mentioned tool change can be performed simply, efficiently and reliably. That is, the invention according to a fourth aspect is characterized in that, in the third aspect of the invention, at least at the time of tool exchange by the tool exchange means, the main shaft is moved to the front side in the axial direction by the attraction force of the thrust magnetic bearing. And
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
に係る主軸ヘッドの制御方法について説明する。尚、本
実施形態の制御対象たる工作機械の構成については、図
4に示した従来の立形マシニングセンタ1を構成する軸
受制御手段41の機能が一部異なる他は、従来の立形マ
シニングセンタ1と同様である。従って、その詳しい構
成及び機能の説明についてはこれを省略する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A spindle head control method according to a specific embodiment of the present invention will be described below. The configuration of the machine tool to be controlled in this embodiment is the same as that of the conventional vertical machining center 1 except that the function of the bearing control means 41 constituting the conventional vertical machining center 1 shown in FIG. The same is true. Therefore, a detailed description of the configuration and functions is omitted.
【0032】まず、前記軸受制御手段41は、工具交換
手段(図示せず)若しくは別に設けられた数値制御装置
から工具交換開始信号を受信して、前記スラスト磁気軸
受30の後部ステータ32への供給電力を減少させ、そ
の吸引力を減少させるとともに、前部ステータ35への
供給電力を増加させてその吸引力を増加させる。First, the bearing control means 41 receives a tool change start signal from a tool change means (not shown) or a numerical control device provided separately, and supplies the same to the rear stator 32 of the thrust magnetic bearing 30. The power is reduced and the suction force is reduced, and the power supplied to the front stator 35 is increased to increase the suction force.
【0033】通常の状態では、主軸3はスラスト磁気軸
受30によってその中立位置に位置するようにアキシア
ル方向に支持されており、図1(a)に示すように、主
軸3の後端部に螺着されたナット9と後部アンギュラ玉
軸受(保護軸受)8との間に、所定の空隙tが形成され
ているが、上述した前部ステータ35の吸引力の増加に
よって、図1(b)に示すように、主軸3が軸方向前部
側、即ち矢示方向に移動し、ナット9が前記後部アンギ
ュラ玉軸受8に当接する。In a normal state, the main shaft 3 is axially supported by a thrust magnetic bearing 30 so as to be located at a neutral position thereof, and a screw is provided at the rear end of the main shaft 3 as shown in FIG. A predetermined gap t is formed between the fitted nut 9 and the rear angular contact ball bearing (protective bearing) 8, but due to the increase in the attraction force of the front stator 35 described above, FIG. As shown, the main shaft 3 moves in the axial front side, that is, in the direction shown by the arrow, and the nut 9 contacts the rear angular ball bearing 8.
【0034】ついで、工具交換手段(図示せず)の作動
により、主軸3に装着された使用済みの工具Tをその受
容部から引き抜いた後、新たな工具Tを主軸3に装着す
る。その際、工具Tのテーパ部と主軸3の受容部との密
着によって、主軸3に引抜き方向の荷重が作用したとし
ても、ナット9と後部アンギュラ玉軸受8とが既に当
接,係合していることから、主軸3が軸方向前部側に更
に移動することはなく、後部アンギュラ玉軸受8に作用
する荷重が動荷重に比べて値の小さい静荷重となる。こ
れにより、従来問題となっていたナット9と後部アンギ
ュラ玉軸受8との衝突を防止することができ、後部アン
ギュラ玉軸受8が損傷するのを防止することができる。Next, after the used tool T mounted on the main shaft 3 is pulled out from its receiving portion by the operation of the tool changing means (not shown), a new tool T is mounted on the main shaft 3. At this time, even if a load in the pull-out direction acts on the main shaft 3 due to the close contact between the tapered portion of the tool T and the receiving portion of the main shaft 3, the nut 9 and the rear angular ball bearing 8 have already contacted and engaged. Therefore, the main shaft 3 does not move further to the front side in the axial direction, and the load acting on the rear angular contact ball bearing 8 becomes a static load having a smaller value than the dynamic load. As a result, the collision between the nut 9 and the rear angular ball bearing 8, which has conventionally been a problem, can be prevented, and the rear angular ball bearing 8 can be prevented from being damaged.
【0035】尚、工具交換開始信号を受信して前記前部
ステータ35の吸引力を増加させ、ナット9を後部アン
ギュラ玉軸受8に当接させるタイミングは、主軸3の回
転が停止した後でも、或いは停止していない状態のとき
のいずれであっても良い。The timing at which the suction force of the front stator 35 is increased upon receipt of the tool change start signal and the nut 9 is brought into contact with the rear angular ball bearing 8 is determined even after the rotation of the main shaft 3 is stopped. Alternatively, it may be any state in a state where it is not stopped.
【0036】以上のようにして工具交換を終了した後、
軸受制御手段41は前記スラスト磁気軸受30への電力
供給を元に戻して、その中立位置で主軸3がアキシアル
方向に支持されるようにする。After finishing the tool change as described above,
The bearing control means 41 restores the power supply to the thrust magnetic bearing 30 so that the spindle 3 is supported in the axial direction at the neutral position.
【0037】以上、本発明の実施形態について詳述した
が、本発明の具体的な態様がこれに限られるものでない
ことはいうまでもない。Although the embodiments of the present invention have been described above in detail, it is needless to say that specific embodiments of the present invention are not limited to these embodiments.
【0038】例えば、図2に示すように、主軸3の前端
部において、そのフランジ部7と前部アンギュラ玉軸受
5との間に大径部(係合部)3aが形成され、この大径
部3aと前部アンギュラ玉軸受5との間に所定の空隙t
が形成されている工作機械においては、工具交換の際
に、上述と同様にして、主軸3をその軸方向前部側に移
動させて、前記大径部3aと前部アンギュラ玉軸受5と
を当接させるようにすれば良い。このようにしても、上
例と同様に、工具交換に際して前部アンギュラ玉軸受5
が受ける荷重を静荷重とすることができ、当該前部アン
ギュラ玉軸受5が損傷するのを防止することができる。For example, as shown in FIG. 2, a large diameter portion (engaging portion) 3a is formed between the flange portion 7 and the front angular ball bearing 5 at the front end of the main shaft 3, and this large diameter is formed. A predetermined gap t between the portion 3a and the front angular contact ball bearing 5
In the machine tool in which is formed, at the time of tool exchange, the main shaft 3 is moved to the front side in the axial direction in the same manner as described above, so that the large diameter portion 3a and the front angular ball bearing 5 are connected. What is necessary is just to make it contact. Even in this case, similarly to the above example, when the tool is changed, the front angular contact ball bearing 5 is required.
Can be a static load, and the front angular contact ball bearing 5 can be prevented from being damaged.
【0039】また、図3に示すように、同じく主軸3の
前端部において、そのフランジ部7より前部側にテーパ
部(係合部)3bが形成され、内輪5’aの内周面が同
じくテーパ状に形成された前部アンギュラ玉軸受5’が
前記テーパ部3bと対応する位置に設けられ、前記テー
パ部3bと内輪5’aとの間に所定の空隙が形成された
工作機械においては、工具交換の際に、上述と同様にし
て、主軸3をその軸方向前部側に移動させて、前記テー
パ部3bと前部アンギュラ玉軸受5’の内輪5’内周面
とを当接,係合させるようにすれば良い。このようにし
ても、工具交換に際して前部アンギュラ玉軸受5’が受
ける荷重を静荷重とすることができ、当該前部アンギュ
ラ玉軸受5’が損傷するのを防止することができる。As shown in FIG. 3, a tapered portion (engaging portion) 3b is formed at the front end of the main shaft 3 on the front side from the flange portion 7, and the inner peripheral surface of the inner race 5'a is formed. In a machine tool in which a tapered front angular ball bearing 5 'is provided at a position corresponding to the tapered portion 3b, and a predetermined gap is formed between the tapered portion 3b and the inner ring 5'a. When the tool is changed, the spindle 3 is moved to the front side in the axial direction in the same manner as described above, and the tapered portion 3b and the inner peripheral surface of the inner ring 5 'of the front angular ball bearing 5' are brought into contact with each other. It suffices to make contact and engagement. Also in this case, the load received by the front angular contact ball bearing 5 'at the time of tool change can be a static load, and the front angular contact ball bearing 5' can be prevented from being damaged.
【0040】また、上例では、工具交換時における前記
主軸3の移動を、前記スラスト磁気軸受30に供給され
る電力を調節し、ステータ35の吸引力を増加させるこ
とにより行うようにしたが、これに限られるものではな
く、例えば、油圧シリンダなどのアクチュエータを用い
て前記主軸3を移動させることもできる。In the above example, the movement of the spindle 3 at the time of tool change is performed by adjusting the power supplied to the thrust magnetic bearing 30 and increasing the attraction force of the stator 35. However, the present invention is not limited to this. For example, the main shaft 3 can be moved using an actuator such as a hydraulic cylinder.
【0041】また、上例では立形のマシニングセンタに
関する主軸ヘッドの制御方法を例示したが、これに限ら
れるものではなく、横形のマシニングセンタ(工作機
械)に対しても当然にこれを適用することができる。In the above example, the method of controlling the spindle head with respect to the vertical machining center has been exemplified. However, the present invention is not limited to this, and it is naturally applicable to a horizontal machining center (machine tool). it can.
【図1】本発明の実施形態に係る主軸ヘッドの制御方法
を説明するための説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a method of controlling a spindle head according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の他の実施形態に係る主軸ヘッドの制御
方法を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for describing a method of controlling a spindle head according to another embodiment of the present invention.
【図3】本発明の他の実施形態に係る主軸ヘッドの制御
方法を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for describing a method for controlling a spindle head according to another embodiment of the present invention.
【図4】従来の立形マシニングセンタの要部を、主軸ヘ
ッド部を中心として一部ブロック図で示す正面図であ
る。FIG. 4 is a front view partially showing a main part of a conventional vertical machining center in a block diagram centering on a spindle head part.
【符号の説明】 1 (立形)マシニングセンタ 2 主軸ヘッド 3 主軸 5 前部アンギュラ玉軸受 8 後部アンギュラ玉軸受 10 後部ラジアル磁気軸受 20 前部ラジアル磁気軸受 30 スラスト磁気軸受 32 後部ステータ 35 前部ステータ 16,25,39 センサ 41 制御手段[Description of Signs] 1 (Vertical) Machining Center 2 Spindle Head 3 Spindle 5 Front Angular Ball Bearing 8 Rear Angular Ball Bearing 10 Rear Radial Magnetic Bearing 20 Front Radial Magnetic Bearing 30 Thrust Magnetic Bearing 32 Rear Stator 35 Front Stator 16 , 25, 39 Sensor 41 Control means
Claims (4)
スト磁気軸受及びラジアル磁気軸受、非常時に前記主軸
を回転自在に支持する保護軸受、前記主軸に固設され、
前記主軸が軸方向前部側に移動した際に前記保護軸受と
係合して前記主軸の移動を規制する係合部材、並びに前
記スラスト磁気軸受,ラジアル磁気軸受及び保護軸受を
固定,支持するハウジングを備えた主軸ヘッドと、前記
スラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受の作動を制御す
る軸受制御手段と、前記主軸に装着された工具を新たな
工具と交換する工具交換手段とを備えた工作機械の前記
主軸ヘッドの作動を制御する方法であって、 少なくとも前記工具交換手段による工具交換時に、前記
主軸を軸方向前部側に移動させ、前記係合部材と保護軸
受とを係合せしめて、前記主軸の軸方向前部側への移動
を規制するように、前記主軸ヘッドの作動を制御するこ
とを特徴とする主軸ヘッドの制御方法。A main shaft, a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing rotatably supporting the main shaft, a protection bearing rotatably supporting the main shaft in an emergency, and fixed to the main shaft;
An engaging member that engages with the protective bearing when the main shaft moves to the front side in the axial direction to restrict the movement of the main shaft, and a housing that fixes and supports the thrust magnetic bearing, the radial magnetic bearing, and the protective bearing. A spindle head having: a bearing control means for controlling the operation of the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing; and a tool exchange means for exchanging a tool mounted on the spindle with a new tool. A method for controlling the operation of a spindle head, comprising: at least at the time of tool exchange by the tool exchange means, moving the spindle to the front side in the axial direction, engaging the engaging member with a protective bearing, A method of controlling a spindle head, comprising: controlling an operation of the spindle head so as to restrict movement to an axial front side.
交換時に、前記スラスト磁気軸受の吸引力により前記主
軸を軸方向前部側に移動させることを特徴とする請求項
1記載の主軸ヘッドの制御方法。2. The method of controlling a spindle head according to claim 1, wherein at least at the time of tool exchange by said tool exchange means, the main shaft is moved to the front side in the axial direction by the attraction force of the thrust magnetic bearing.
スト磁気軸受及びラジアル磁気軸受、非常時に前記主軸
を回転自在に支持する保護軸受、並びに前記スラスト磁
気軸受,ラジアル磁気軸受及び保護軸受を固定,支持す
るハウジングを備えた主軸ヘッドと、前記スラスト磁気
軸受及びラジアル磁気軸受の作動を制御する軸受制御手
段と、前記主軸に装着された工具を新たな工具と交換す
る工具交換手段とを備え、前記主軸が軸方向前部側に移
動した際に前記保護軸受と係合して前記主軸の移動を規
制する係合部が前記主軸に形成された工作機械の前記主
軸ヘッドを制御する方法であって、 少なくとも前記工具交換手段による工具交換時に、前記
主軸を軸方向前部側に移動させ、前記主軸の係合部と保
護軸受とを係合せしめて、前記主軸の軸方向前部側への
移動を規制するように、前記主軸ヘッドの作動を制御す
ることを特徴とする主軸ヘッドの制御方法。3. A main shaft, a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing rotatably supporting the main shaft, a protection bearing rotatably supporting the main shaft in an emergency, and fixing the thrust magnetic bearing, the radial magnetic bearing and the protection bearing. A spindle head having a supporting housing, bearing control means for controlling the operation of the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing, and tool exchange means for exchanging a tool mounted on the spindle with a new tool; A method for controlling the spindle head of a machine tool having an engagement portion that engages with the protective bearing when the spindle moves to the front side in the axial direction and regulates the movement of the spindle. At least at the time of tool change by the tool changing means, the main shaft is moved to the front side in the axial direction to engage the engaging portion of the main shaft with the protective bearing, and So as to regulate the movement in the direction the front side, the control method of the spindle head, characterized by controlling the operation of the spindle head.
交換時に、前記スラスト磁気軸受の吸引力により前記主
軸を軸方向前部側に移動させることを特徴とする請求項
3記載の主軸ヘッドの制御方法。4. The control method for a spindle head according to claim 3, wherein at least at the time of tool exchange by said tool exchange means, the main shaft is moved to the front side in the axial direction by the attraction force of the thrust magnetic bearing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10348175A JP2000176777A (en) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | Spindle head control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10348175A JP2000176777A (en) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | Spindle head control method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000176777A true JP2000176777A (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=18395259
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10348175A Withdrawn JP2000176777A (en) | 1998-12-08 | 1998-12-08 | Spindle head control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000176777A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006316960A (en) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Magnetic bearing device and variable weight part replacement method for magnetic bearing device |
JP2019209399A (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | 国立大学法人 鹿児島大学 | Main spindle system of machine tool |
-
1998
- 1998-12-08 JP JP10348175A patent/JP2000176777A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006316960A (en) * | 2005-05-16 | 2006-11-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Magnetic bearing device and variable weight part replacement method for magnetic bearing device |
JP2019209399A (en) * | 2018-05-31 | 2019-12-12 | 国立大学法人 鹿児島大学 | Main spindle system of machine tool |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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